JP2001100689A - 表示装置 - Google Patents

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JP2001100689A
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Mamoru Miyawaki
守 宮脇
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3102—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators
    • H04N9/312—Driving therefor
    • H04N9/3126—Driving therefor for spatial light modulators in series

Abstract

(57)【要約】 【課題】 あらゆる映像信号に対して、ダイナミックレ
ンジを拡大し高コントラストな高画質を実現する。 【解決手段】 光源と、該光源からの照明光を変調する
光変調器とを備えた表示装置において、前記光変調器へ
の照明光を分割し、かつ分割された各照明光による照明
光量を変調する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は表示装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】液晶等の電圧、透過率特性の制約により
従来のＣＲＴに比べて、ダイナミックレンジが狭く、特
に、自然画等の表示では、上記原因により、黒表示領域
で黒浮きが生じ十分な画質が得られていない。
【０００３】上記課題を解決すべく１９９９年９月の日
経マイクロデバイス「続報：大型液晶テレビ、松下の事
業参入支える技術が明らかに」に解決方式が述べられて
いる。
【０００４】ただし、画面全体でバックライトを調整す
るために、画面の一部に高輝度領域と低輝度領域が存在
する場合、上記低輝度領域での表示性能が十分でないと
いう課題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、あら
ゆる映像信号に対しても、ダイナミックレンジを拡大し
高コントラストな高画質を実現する方式を提案すること
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、光変調器（液晶パネル、ＤＭＤ（ディ
ジタル・ミラー・デバイス、例えば特開平１０−７８５
５０号参照））への照明光を分割し、かつ分割された各
照明光ごとにその照明光量を変調するようにしている。
【０００７】
【作用】分割された各照明光で、光変調器上の別々の領
域を照明し、かつ各照明光の光量をその照明光で照明さ
れる領域での表示輝度に応じて調整することにより、光
変調器の照明光量を固定した場合に比べて高コントラス
トで色再現性の良い、高品質の表示を実現することがで
きる。
【０００８】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。実施例１ 図１は、本発明の一実施例に係る液晶プロジェクタの光
学系の構成を示す。この液晶プロジェクタは、照明光を
複数個に分割し、各照明光束で光変調器受光面上の同数
に分割された領域を各々照明するとともに、各照明光束
を互いに独立に調光（変調）するようにしたものであ
る。
【０００９】図１において、１はランプ用リフレクタ、
２は発光管（ランプ）、３ははえの目インテグレータ、
４はＰＳ変換光学素子、６，２４はリレーレンズ、７，
９，１１，１２はミラー、８，１０はダイクロミラー、
１３，１４，１５はフィールドレンズ、１６，１７，１
８は第１の光変調器である液晶パネル、１９，２０，２
１は偏光板、２２はクロスプリズム、２３は投射レンズ
である。１２０は照明光を分割するとともに光量を調節
（調光）するための第２の光変調器で、例えば液晶パネ
ル等を使用できる。上記光変調器１２０は、はえの目イ
ンテグレータ３のランプ側に極力近接して設けられてい
る。図１において、ランプ側の第１はえの目レンズ３ａ
は、各液晶パネル１６，１７，１８と実質的に共役関係
になっており、そのはえの目レンズのアスペクト比は使
用している液晶パネル１６，１７，１８と同等のものと
なっている。従って液晶パネルへ分割照明を行なうた
め、光変調器１２０は第１はえの目レンズ３ａに隣接し
て設けられており、分割照明光が光変調器である液晶パ
ネル１６，１７，１８に結像するようになっている。こ
の配置は、実質的に分割照明可能であればよく、共役位
置からのわずかなずれは許容し得る。光変調器として、
液晶パネルを用いる時、極力光量ロスを防ぐために、Ｐ
Ｓ変換素子４は、赤外、紫外カットフィルタ１０１を介
してランプ２と第１はえの目レンズ３ａとの間に設けら
れている。
【００１０】第１はえの目レンズの一部領域を切り出し
た図を図１（ｂ）に示す。１２１，１２２，１２３は、
はえの目状の各レンズであり、そのレンズ一つ一つに対
して、同一構成の光変調器１２４，１２５，１２６，１
２７が設けられている。上記光変調器１２４〜１２７の
１つを切り出した図が図１（ｃ）である。図１（ｃ）で
は、パネルへの照明領域を４分割に分割した例を示す。
上記１２４，１２５，１２６，１２７は原則同等の駆動
電圧が印加され、液晶パネル１６，１７，１８へ照明さ
れた時、それぞれのはえの目レンズから合成される像が
同等の分割照明できるようになっている。
【００１１】また、図１（ｃ）の４分割された１３１，
１３２，１３３，１３４の境界は、光学的、電気的にフ
ィルタが設けられ、境界が目立たないように工夫されて
いる。上記フィルタとしては、境界領域に光学的拡散特
性を持つフィルム等を貼りつけるのが最も簡便な方法で
ある。
【００１２】図２は、図１のプロジェクタの電気ブロッ
ク図である。図２において、１８，１７，１６は、Ｒ、
Ｇ、Ｂ各色表示対応の液晶パネル、５４は各液晶パネル
に印加する信号と電源を供給するドライバ回路、５５は
ＤＡコンバータ、５６はメモリである。メモリ５６は、
現状の表示データと次のフレームで表示するデータ等を
保持する。５７はＤＳＰ部で、δ調整、インターレース
信号のノンインターレース信号への変換、使用している
液晶パネルの画素数と入力信号との画素数とが対応しな
い場合の解像度変換、および色調整節等の処理だけでな
く、照明光変調にともなう各色の信号レベルを算出する
演算等を実行する。５８はタイミング発生回路、５９は
電源ＯＮ−ＯＦＦおよび各種設定を行うリモコンであ
る。６０はリモコンからの信号を受け、かつ、各種入力
信号切替等を行うための制御パネルである。６３はマイ
コンで、バスを介して、メモリ５６、ＤＳＰ部５７、タ
イミング発生回路５８、制御パネル６０、電源６６、ラ
ンプ用バラスト６４等の各ブロックが接続され、それら
各ブロックの制御を行なっている。バラスト６４にはラ
ンプ６５が接続されている。６７はＡＤコンバータ、６
８はスイッチである。６９は信号処理回路で、ＮＴＳＣ
信号のデコード、ノイズ低減処理、帯域制限フィルタリ
ングおよび信号レベル調節等の信号処理を行なう。７１
はＰＣ（パソコン）入力端子、７２はＮＴＳＣ入力端子
で、本ブロック図には、アナログ入力信号のみ記載され
ているが、それに限らず、ＬＶＤＳ、ＴＭＤＳ等の入力
端子や、デジタルＴＶ用Ｄ３端子等も設けても有効であ
ることは言うまでもない。７０は音声回路アンプ、７３
はスピーカ、７４はＡＣインレットである。
【００１３】１４０は光変調器１２０を駆動するための
デジタル信号をアナログ信号に変換するためのＤＡ変換
器で、ＤＡ変換が液晶パネル用のＤＡコンバータ５５で
対応できる場合は省略できる。１４１は光変調器用ドラ
イバである。
【００１４】本実施例において、光変調器への信号、さ
らにそれにともなう液晶パネルへの信号をどう処理する
かについて、図３を用いて説明する。図３は山へ太陽が
沈み、夜空になるシーンを４つに分割したものである。
【００１５】時刻ｔ1 の時、第１象限の位置にあたる領
域１５０の最大輝度は８、第４象限の領域１５１は８、
第３象限の領域は１００、第２象限の領域１５３は８と
なる。分割しない時は、この時刻ｔ1 の最大輝度は１０
０となっていたのに対し、１５２の領域以外は最大輝度
レベルが極めて下がっている。したがって、領域１５
０，１５１，１５３は、光変調器１２０を透過する光量
（照明光量レベル）を８まで落とし、その照明光量に対
応した液晶駆動信号レベルを算出し印加する。
【００１６】時刻ｔ2 の画像の場合、１６０の領域の最
大輝度は６、１６１の最大輝度は６、１６２の最大輝度
は８０、１６３の最大輝度は６、さらに時刻ｔ3 の画像
の場合、１７０の最大輝度は３０、１７１の最大輝度は
２、１７２の最大輝度は２、１７３の最大輝度は２とな
る。時刻ｔ2 とｔ3 に移行する場合、第３象限の領域で
ある１６２から１７２は最大輝度が８０から２へ急速に
変化する。このような場合、照明光を急速に変えると、
光変調器の応答速度と液晶パネルの応答速度との関係か
ら、連続的な滑らかな表示輝度特性が得られない場合も
ある。この場合は照明光量を急速に落とさず、滑らかに
連続的に変化する駆動方式も有効である。
【００１７】さらに分割領域ごとで照明レベルをどこに
設定するかについて説明する。＜１＞１フィールド（フレーム）中の各領域中の画素の
最大輝度をその領域の最大輝度とする方式 この方法は、最大輝度算出としては、最も簡素な方法で
画像データをメモリに格納する時にコンパレータを設
け、各象限の最大輝度のデータを検出すれば良い。
【００１８】＜２＞輝度レベルを複数の階層に分類し
て、分類した中の最大輝度層にある中での期待値を最大
輝度とする方式 映像信号は、通常、最大振幅０．７Ｖｐｐで、図２に示
すＡＤコンバータ６７に入力されるが、０．７Ｖに対し
て１２０％相当のレベルが入力されることもある。その
１２０％を最大値とし、輝度レベルを１０階層に分類
し、１２０％でノーマライズした時のある画像データの
中での輝度が９１％から１００％の輝度分布を表１に示
す。
【００１９】
【表１】
【００２０】この期待値（輝度レベル平均値）を算出す
ると、９４％となった。これにより、最大輝度グループ
内での平均的な輝度が最大輝度となるために、領域全体
の傾向をより反映できる利点を有している。
【００２１】上記階層での分類は、等間隔にきざむ方法
以外に、各層の画素数がほぼ同一になるように分類し、
その最上位層で期待値を計算する方式も有効である。
【００２２】＜３＞画素領域の所望の割合を占めるしき
い値を最大輝度とする方式 人間の目には、輝度のレベルがある一定の面積で存在し
ないと、目につかない特性を有している。したがって、
分割領域中の画素を輝度の高い順に並べた時、その領域
中の全画素数の所望の割合になる輝度を最大輝度と定め
る方式が本方式である。表１のデータにおいて、全画素
の２％となる輝度レベルは９１％となる。但し、この場
合、全画素は７８万６４３２画素で、その２％とすると
１５７２９画素がそれに相当する。輝度レベルが９１％
までの画素数は１７１３０画素であるから、本方式を採
用した場合の最大輝度レベルは９１％となる。
【００２３】以上説明したように、映像信号に応じて、
どの最大輝度算出方法が最も良いかは変わってくる。し
たがって、本実施例においては、これら複数の算出方式
がユーザーにより選択できるモードもしくは、映像信号
により自動的に適切な演算方式が選択できるようになっ
ている。
【００２４】本実施例では光変調器１６〜１８および１
２０として、液晶パネルを用いる方式について説明した
がディジタル・ミラー・デバイス（ＤＭＤ）等を利用す
ることも有効である。ＤＭＤを用いれば、偏光制御に伴
う光量ロスが無くなるため高輝度化には優れている。
【００２５】上記実施例では、領域を分割し、照明でき
るのでさらに高コントラスト、高画質の表示が実現でき
た。上記構成の場合、液晶パネル等の素子以外の光学素
子に表面反射防止膜等を設けて、コントラストを低下さ
せる要因を低減してもよいことは言うまでもない。
【００２６】各分割領域の照明光量は、上記の最大輝度
に応じてリアルタイムで変化させてもよいが、照明光量
を増加する時はリアルタイムで、照明光量を減少する時
は、１〜複数フレーム遅らせて変化させるのが好まし
い。
【００２７】実施例２ 次に図４、図５を用いて本発明の第２の実施例について
説明する。図４（ａ）は、直視型液晶表示装置の断面図
で、２０１ａ，２０１ｂはバックライト、２１３は発光
管、２１４は導光板、２０２は拡散板、２０３は入射光
側偏光板、２０４は液晶セル、２０５は出射側の偏光板
である。入射光側偏光板２０３、液晶セル２０４および
出射側の偏光板２０５は偏光板付液晶セルユニット２０
６を構成している。
【００２８】図４（ｂ）は、（ａ）の平面図で、この図
から分かるように、表示領域の右側領域２１５は、バッ
クライト２０１ａにより照明し、左側領域２１６はバッ
クライト２０１ｂにより照明する。右側と左側との境界
部２１７は両者の照明の平均値が照明される。これはバ
ックライト光が拡散板２０２により拡散することにより
平均化される。
【００２９】図４（ｃ）は、入射光側偏光素子２０３の
一つの構成例を示す。図４（ａ）においては、入射光側
偏光素子２０３として単純な偏光板を用いた例を示した
が、図４（ｃ）に示すような多層構造の偏光素子を用い
るのがより好ましい。図４（ｃ）において、２０７は剥
離ライナ、２０８は粘着剤、２０９は偏光板、２１０は
粘着剤、２１１はコレステリック液晶フィルムで例え
ば、日東電工のＰＣＦ−３５０や、３Ｍ社製ＤＢＥＦ
（Ｄｕａｌ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍ
ｅｎｔ Ｆｉｌｍ）等が好適である。２１２は保護フィ
ルムである。上記膜構造体を用いることにより、導光板
２１４からの出射光束のうちＳ偏光光束もＰ偏光光束へ
変換して液晶セル上に照明することができ、高輝度が達
成できる。
【００３０】図４（ｂ）の例は、液晶セルの左右にバッ
クライト光源を配置したが、図５に示すごとく、液晶セ
ルの上下にそれぞれ２分割したバックライト２０１ｃ，
２０１ｄ，２０１ｅ，２０１ｆを設けることにより２１
７に示すような水平方向への分割と、２１８に示すよう
な垂直方向への分割を行ない、表示画素の分割数を増や
すことも可能である。
【００３１】実施例３ 次に本発明の第３の実施例について図６を用いて説明す
る。図４と同等箇所は、同一番号で記し、説明は省略す
る。２２１は従来使用されている（非分割型の）バック
ライト、２２２は透過型のＰＤＬＣ（高分子分散型液
晶）セルである。
【００３２】高分子分散液晶セルの上下電極に電圧を印
加しない時は、上記液晶セル部で導光板２２１からの光
が拡散して、液晶セル２０６の角度特性よりユーザーが
見る光量は減少する。一方、ＰＤＬＣ２２２に印加する
電圧を徐々に大きくすると、分散された光分子材料と液
晶との屈折率差が縮小し、導光板からの光拡散量が減少
し、所望の電圧（例えば、１０μｍギャップの時、１１
Ｖ）で透明体となる。これらの高分子分散液晶セルを分
割しておき、液晶セル２０６への照明光量を領域ごと変
更することができた。
【００３３】但し、照明ピッチＬと液晶セルの画素ピッ
チｐとし、モアレが出にくいピッチに照明ピッチを選択
することが好適である。モアレのピッチをｍとすると、
【００３４】
【数１】 となる。したがって、照明ピッチＬと画素ピッチｐとが
近い場合、モアレの波長（ピッチ）ｍが大きくなり目立
つ。照明ピッチＬを画素ピッチｐの１０倍以上とすれば
その時のモアレ波長ｍは、ｍ≒１．１ｐで、ほぼ目立た
なくなる。よって、照明領域の分割ピッチは少なくとも
１０倍以上が望ましい。
【００３５】
【発明の効果】以上述べたように、直視型の表示装置で
も、液晶ＤＭＤを用いた投射型表示装置においても、画
面上の高輝度領域には、高輝度照明を、低輝度領域には
光量を落とした照明を行なうことにより、白はより白
く、黒はより黒く、表示画像のダイナミックレンジが拡
大し、より高コントラストで、色再現性の良い表示が実
現できた。また、ランプ等により、光量を変調する時
は、低輝度画面ではランプパワーを抑制できるために、
より低消電力比にも役立つ利点を持っている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例に係る液晶プロジェク
タの光学系の構成を示す図である。
【図２】 図１のプロジェクタの電気系の構成を示すブ
ロック図である。
【図３】 図１のプロジェクタにおける表示映像例と各
部の表示輝度を示す図である。
【図４】 本発明の第２の実施例に係る直視型液晶表示
装置の構成を示す図である。
【図５】 図４の装置の変形例を示す図である。
【図６】 本発明の第３の実施例に係る直視型液晶表示
装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１：ランプ用リフレクタ、２：発光管（ランプ）、３：
はえの目インテグレータ、３ａ：第１はえの目レンズ、
４：ＰＳ変換光学素子、６，２４：リレーレンズ、７，
９，１１，１２：ミラー、８，１０：ダイクロミラー、
１３，１４，１５：フィールドレンズ、１６，１７，１
８：液晶パネル（第１の光変調器）、１９，２０，２
１：偏光板、２２：クロスプリズム、２３：投射レン
ズ、１２０：第２の光変調器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H093 NC16 NC25 NC28 NC42 NC50 ND04 ND08 ND17 ND39 NE06 NF11 NG02 5C006 AA22 AC30 AF35 AF44 AF46 AF47 AF51 AF52 AF81 AF82 BB29 BF02 BF15 BF21 EA01 EC11 FA54 5C080 AA10 DD04 DD26 EE28 JJ02 JJ05 JJ06 KK52 5G435 AA02 BB12 BB17 DD14 FF15 GG02 GG03 GG04 GG08 GG11 GG26 LL15

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源と、該光源からの照明光を変調する
    光変調器とを備えた表示装置において、前記照明光が分
    割されており、かつ分割された各照明光ごとにその光量
    を変調する光量調節手段を備えることを特徴とする表示
    装置。
  2. 【請求項２】 前記光量調節手段は、前記分割された各
    照明光ごとの照明光量を、その照明光により照明される
    前記光変調器上の領域の表示輝度に応じて調節すること
    を特徴とする請求項１記載の表示装置。
  3. 【請求項３】 前記表示装置が投射型表示装置であるこ
    とを特徴とする請求項１または２記載の表示装置。
  4. 【請求項４】 前記照明光を分割する手段および前記光
    量調節手段が、前記光変調器を照明する照明系中の該光
    変調器と実質的に共役な位置に配置された第２の光変調
    器であることを特徴とする請求項３記載の表示装置。
  5. 【請求項５】 前記表示装置が直視型表示装置であるこ
    とを特徴とする請求項１または２記載の表示装置。
  6. 【請求項６】 前記照明光を分割する手段および前記光
    量調節手段が、前記光変調器の裏面に近接して配置され
    た第２の光変調器であることを特徴とする請求項５記載
    の表示装置。
  7. 【請求項７】 前記光量調節手段により分割された照明
    光のピッチが前記光変調器の画素ピッチの１０倍以上で
    あることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の
    表示装置。
  8. 【請求項８】 前記光源を複数個有し、各光源が前記光
    変調器上の別々の領域を照明することにより、前記照明
    光が分割されていることを特徴とする請求項５記載の表
    示装置。
  9. 【請求項９】 前記光量調節手段が、前記複数個の各光
    源を互いに独立に調光する手段であることを特徴とする
    請求項８記載の表示装置。
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